一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法
【专利摘要】一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法，它有四大步骤：步骤一、根据纤维束的平面编织方式即周期性和重复性，选择最小的重复性单元作为代表性体积元，由此确定其胞体单元；步骤二、根据外载荷施加方式以及步骤一中的胞体单元，对胞体单元内织布的纤维束进行受力分析，从而，建立平面编织复合材料胞体单元纤维织布的细观力学模型，确定胞体单元内纤维织布的总应变余能U*，并利用最小势能原理，求解胞体单元纤维织布的内力；步骤三、根据卡式定理或单位载荷法求解胞体单元纤维织布的变形，再根据应力-应变本构方程，得到平面编织复合材料织布的力学模量；步骤四、根据混合定理，得到平面编织复合材料的弹性模量。
【专利说明】一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法
【技术领域】
[0001]本发明提供一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法，属于复合材料设计领域。
【背景技术】
[0002]平面编织复合材料作为一种新型轻质高效纺织结构复合材料，具有工艺自动化程度水平高、经济性好、结构整体性能优异、抗冲击和疲劳阻等优点，与单向纤维增强的复合材料层合板相比，平面编织复合材料层板对改进层间、层内强度和损伤容限等方面具有巨大的潜力。因此，编织复合材料在航空、航天、航海、汽车等领域都得到了广泛应用。实验手段直接测量平面编织复合材料残余热应力成本较高，且测试过程中易受到很多偶然因素的影响；有限元数值模拟方法需要建立复杂的有限元模型，计算复杂，计算效率低，计算精度难以保证；因此，本发明运用细观力学分析方法研究平面编织复合材料细观结构对其宏观性能的影响，获得其宏观力学模量的解析解，仅仅需要少量的组分材料性能参数就能快速准确地预测平面编织复合材料宏观力学模量，实现平面编织复合材料宏观性能的优化设计，可见本发明具有重要学术意义和工程应用价值。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法，该方法具有计算简便，精度高等优点，其技术方案如下:
[0004]步骤一、根据纤维束的平面编织方式(如周期性和重复性等)，选择最小的重复性单元作为代表性体积元，由此确定其胞体单元；图2为所选的代表性体积元(胞体单元)，包含了 2条正交的经向纱和纬向纱(纤维束)，其中方向I定义为经向，方向2定义为纬向，将经向纱和纬向纱理想化成正弦的曲梁，可以得到经向纱和纬向纱的中心线Z坐标表达式:
[0005]
【权利要求】
1.一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法，其特征在于:该方法具体步骤如下: 步骤一、根据纤维束的平面编织方式即周期性和重复性，选择最小的重复性单元作为代表性体积元，由此确定其胞体单元；该胞体单元包含了 2条正交的经向纱和纬向纱，其中方向I定义为经向，方向2定义为纬向，将经向纱和纬向纱理想化成正弦的曲梁，得到经向纱和纬向纱的中心线Z坐标表达式:.!%.Imx
2.根据权利要求1所述的一种设计平面编织复合材料力学模量的新方法，其特征在于:步骤一中所述的“体积元”是指具有三轴向编织特征的三维单元。
【文档编号】G06F19/00GK103455713SQ201310363526
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】熊峻江, 白江波, 程序 申请人:北京航空航天大学